LNG衛(wèi)星站冷能利用綜合項目開發(fā)研究應(yīng)用報告

LNG衛(wèi)星站冷能利用項目開發(fā)1概述

LNG常壓下為一162℃液體，在供給用戶使用前需將其升溫氣化，LNG氣化過程釋放約830kJ／kg冷能?，F(xiàn)在，LNG冷能利用技術(shù)理論研究較多，關(guān)鍵包含將冷能用于發(fā)電、空分、制取液化二氧化碳及干冰、作為冷庫冷源等。佛山杏壇LNG衛(wèi)星站冷能高效利用項目是中國首個將LNG冷能用于冷庫工程實例。

佛山杏壇LNG衛(wèi)星站隸屬于佛山市順德區(qū)港華燃?xì)猓琼樀聟^(qū)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)補(bǔ)充氣源。所用氣源大多來自深圳大鵬LNG，最大供氣能力為15×104m3／d?，F(xiàn)在氣化能力為(2～10)×104m3／d，氣化壓力為0.4～O.7MPa，管網(wǎng)外輸壓力為0.3MPa。該氣化站共有100m3圓筒形LNG儲罐6臺，其中儲存壓力為0.35MPa儲罐有4臺，儲存壓力為O.55MPa儲罐有2臺。LNG空溫式氣化器8臺，單臺氣化器氣化能力為2000m3／h。生產(chǎn)LNG耗電量為850kW.h／t，假如LNG冷能得以充足利用，大約可節(jié)電600kW.h／t，則根據(jù)0.85形(kW.h)電價用于深冷項目計算，一162℃LNG冷能價值約510形t。

該項目所述冷庫毗鄰LNG衛(wèi)星站，冷庫總?cè)萘繛?000t，二期計劃擴(kuò)建至8000～9000t，關(guān)鍵經(jīng)營范圍是水產(chǎn)品加工及儲存。該冷庫分為兩個溫度等級：一30qC冷凍庫和一15℃冷藏庫。該冷庫共有NH，壓縮制冷裝置3臺，其中制冷負(fù)荷為163kW制冷裝置2臺，制冷負(fù)荷為184kW制冷裝置1臺，依據(jù)所處理水產(chǎn)品數(shù)量和加工要求選擇制冷裝置開啟數(shù)量。冷庫在實際運(yùn)行時，通常夏季開2臺制冷裝置，天天運(yùn)行15～16h，需冷量為4890～5216kW．h；冬季開1臺制冷裝置，天天運(yùn)行18～20h，需冷量為3100kW.h，每十二個月電費(fèi)約為120×103元，擴(kuò)建后耗電量和運(yùn)行費(fèi)用全部會大幅增加?？紤]到LNG衛(wèi)星站冷能未得到利用，于是擬將LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫制冷。

2LNG衛(wèi)星站冷能用于冷庫工藝步驟

中國冷庫總?cè)萘窟_(dá)500×104t，大多采取多級電壓縮制冷裝置維持冷庫低溫運(yùn)行,電耗較大。將LNG衛(wèi)星站冷能作為冷庫冷源，在回收LNG冷能同時又可簡化制冷工藝，大幅削減冷庫建設(shè)費(fèi)用；降低電耗，所消耗電量約為原來1／3倍；有效利用冷庫和衛(wèi)星站占地面積；降低冷庫原有電壓縮制冷系統(tǒng)噪聲和振動，降低制冷設(shè)備故障發(fā)生頻率。

LNG冷能用于冷庫制冷，采取載冷劑(如：乙醇、R410A、氟利昂)回收LNG冷能，儲存于蓄冷槽中，在冷庫需要時將載冷劑輸入冷庫循環(huán)制冷。文件[8、9]在以乙二醇為載冷劑蓄冷后，將冷能傳輸給液氨，經(jīng)過液氨在冷庫中循環(huán)制冷。

現(xiàn)在大多數(shù)冷庫制冷系統(tǒng)為電壓縮氨制冷，該項目是將現(xiàn)有冷庫制冷工藝進(jìn)行改善，在冷庫傳統(tǒng)電壓縮氨制冷循環(huán)基礎(chǔ)上增加LNG制冷循環(huán)。為使LNG冷能用于冷庫工藝步驟改造簡單、操作方便，要遵照以下2個標(biāo)準(zhǔn)。一，不控制LNG氣化流量，確保LNG氣化速率不受LNG冷能利用項目影響；二，不改變LNG衛(wèi)星站原有調(diào)壓控制系統(tǒng)，確保天然氣進(jìn)入管網(wǎng)前調(diào)壓設(shè)施正常運(yùn)行。所以我們制訂了圖1所表示工藝步驟。

該方案關(guān)鍵包含3部分：LNG氣化系統(tǒng)、低壓氨制冷循環(huán)系統(tǒng)和電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。在LNG衛(wèi)星站，從LNG儲罐中出來LNG分成c、d兩股，c股LNG進(jìn)入空溫式氣化器l氣化為25℃天然氣，經(jīng)調(diào)壓閥1調(diào)壓至0.30～O.35MPa后，進(jìn)入城市管網(wǎng)。d股LNG進(jìn)入換熱器l中和來自冷庫一20℃、0.10MPaa股氨氣換熱后，變?yōu)橐?5。一30℃天然氣，經(jīng)空溫式氣化器2升溫為25cc天然氣后，和LNG氣化系統(tǒng)中25℃天然氣混合，再經(jīng)調(diào)壓閥1調(diào)壓至O.30～0/35MPa后，送入城市管網(wǎng)。同時，氨氣被冷凝為一40qC液氨后進(jìn)入液氨搜集罐，經(jīng)離心泵加壓至0.40～0.60MPa后再經(jīng)調(diào)壓閥2降壓至0.15MPa，最終送入冷庫制冷，完成低壓氨制冷循環(huán)。

當(dāng)冷庫需冷量較大或LNG量供給不足時，為滿足要求，在進(jìn)行低壓氨制冷循環(huán)同時，打開閥門v一5、v一6，開啟電壓縮氨制冷循環(huán)系統(tǒng)。從冷庫中出來b股氨氣進(jìn)入換熱器2和冷卻水換熱，然后經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，再送回?fù)Q熱器2，經(jīng)冷卻水冷凝為35

燃料動力價格

固定資產(chǎn)折舊

銷售費(fèi)用

生產(chǎn)期

／a

新增定員

電／

(元.kW-1.H-1h)

維修費(fèi)／

(元.a-1)

時間

／a

殘值率

／％

修理費(fèi)率

0.85

5×104

15

3

固定資產(chǎn)原值3％

按銷售收入0.1％計算

15

無3．2財務(wù)評價

該項目總造價90.88×104元(其中，建設(shè)造價87.38×104元，建設(shè)期利息1.69×104元，流動資金1.81×104元)，年均銷售收入74.80×104形a，年均稅后利潤36.33×104元／a。內(nèi)部收益率(稅后)48.07％，靜態(tài)投資回收期(稅后，含建設(shè)期)3.，動態(tài)投資回收期(稅后，含建設(shè)期)3.54年。

表2財務(wù)評價關(guān)鍵參數(shù)

產(chǎn)品價格

稅金

損益估算

清償能力分析

電／

(元.kW-1.h-1)

增值稅

城市建設(shè)

維護(hù)稅

教育費(fèi)附加

所得

稅率

公積金

償還借款

資金起源

借款償還年限(含建設(shè)期)／a

0.85

17％

按增值稅7％

計算

按增值稅

3％計算

25％

按稅后利潤

10％計

項目提取全部折舊、攤銷及未分配利潤

2.88

4LNG冷能利用遠(yuǎn)期計劃

針對該項目供冷工藝設(shè)計，LNG所提供冷能和液氨所得到冷能分布情況見圖2。圖2中數(shù)據(jù)顯示，LNG所能提供冷能約894kJ／kg，液氨得到冷能約785kJ／kg，由此看出LNG冷能利用率可達(dá)成87．8％。圖2中，曲線和橫坐標(biāo)軸所圍成面積就是這種能量所含有火用值，所以圖中LNG曲線和橫坐標(biāo)軸所圍成面積為706kJ／kg，即LNG冷能所能提供冷火用約為706kJ／kg；液氨所得到冷火用約為189kJ／kg，冷火用損失達(dá)成517kJ／kg，冷火用利用率也可達(dá)26．8％。這只是對于流經(jīng)換熱器l3×104m3／d天然氣來計算，不是整個衛(wèi)星站LNG冷火用利用率。

依據(jù)制冷原理可知，要求工藝溫度越低，常規(guī)制冷方法所消耗能量越多，在抵達(dá)一定低溫區(qū)時，蒸發(fā)溫度每降低1K，能耗要增加10％，此時利用LNG冷能節(jié)能效果也就越顯著，冷火用利用率也越高。由此可見，將LNG冷能用于冷庫制冷，回收了大量LNG高溫部分冷能，但LNG較低溫度利用還有較大發(fā)展空間。

針對上述特點，其遠(yuǎn)期計劃擬開展利用LNG衛(wèi)星站冷能用于廢舊橡膠低溫粉碎、二氧化碳液化和干冰制備、中小型低溫冷庫研究。為了處理LNG氣化隨時間頻繁波動和LNG冷能利用產(chǎn)業(yè)負(fù)荷改變之間存在時間、空間不一樣時，擬建立冷媒循環(huán)系統(tǒng)往返收利用冷能，建成LNG冷能高效利用技術(shù)示范基地，也將成為中國第一個LNG冷能利用項目中試基地。

4．1LNG冷能用于橡膠低溫粉碎

將廢舊橡膠低溫粉碎可生產(chǎn)出高附加值精細(xì)膠粉。膠粉直接或改性后可廣泛應(yīng)用于橡膠塑料制品、化工建材、公路交通等領(lǐng)域，不僅能夠替換部分生膠，而且能夠提升產(chǎn)品性能。橡膠低溫粉碎基礎(chǔ)原理就是經(jīng)過冷凍將橡膠溫度降至橡膠玻璃化溫度(約一80℃)以下，使橡膠分子鏈不能運(yùn)動而脆化，從而易于粉碎。因為低溫粉碎需要花費(fèi)大量冷能用于橡膠冷凍和粉碎(因粉碎時候會放熱，所以需要冷能來確保粉碎過程膠粒和助粉媒溫度在一80℃以下)，成本高，嚴(yán)重影響了橡膠低溫粉碎技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。利用LNG冷能低溫粉碎廢舊橡膠是廢舊輪胎高值化發(fā)展方向，是國家激勵發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)在，國外已經(jīng)有企業(yè)開發(fā)出了LNG低溫粉碎工藝。

計劃采取工藝步驟為：將粗碎后膠粉(40～60目)和助粉媒混合，經(jīng)低溫兩相套管換熱器組由冷媒降溫至一70℃左右，進(jìn)入粉碎設(shè)備，得到超細(xì)膠粉(150～200目)和助粉媒混合物；再將該混合物送回低溫兩相套管換熱器組換熱，以后過濾分離出所需超細(xì)膠粉，助粉媒循環(huán)利用。

4．2

二氧化碳液化和干冰制備技術(shù)

傳統(tǒng)液化工藝是將二氧化碳壓縮至2.5～3.0MPa，再利用制冷設(shè)備冷卻和液化。利用LNG冷能生產(chǎn)液化二氧化碳，則很輕易取得液化二氧化碳所需要低溫，從而將液化裝置工作壓力降至0．9MPa左右，工藝步驟簡單，制冷設(shè)備負(fù)荷大大降低。以